半导体材料的泊松效应及其机器学习研究

发布时间：2024-12-25 22:51

　　负泊松比材料具有反常的力学性能,在单轴压缩(拉伸)时发生横向收缩(膨胀),通常具有良好的抗断裂性、抗剪切能力和能量吸收能力。由于其优异的力学性能,负泊松比材料在航空航天、医疗设备、国防工程等领域有着广泛的应用前景。目前工业界广泛使用的是人造负泊松比材料。但人造泊松比材料生产成本高,基本都是通过结构设计实现负泊松比效应,难以赋予材料良好的电学性质,并且制作成本较高,成为负泊松比材料从实验室走向工业化的瓶颈。因此科研人员非常关注天然负泊松比材料的研究,希望发现更多天然负泊松比材料,尤其是具有优良电学性质的负泊松比材料,推动负泊松比功能性材料的发展。但是目前已被发现的天然负泊松比材料较少,难以满足相关行业的需求。传统的研究材料泊松效应的方法通过实验测量或者高通量计算的方式进行筛选,这会耗费大量的人力成本和时间成本。机器学习算法与理论计算的结合可以大大加快材料泊松效应的研究速度。通过学习已计算出的材料的泊松比,构建出模型对大量其他材料的泊松比进行精确预测,从而可以快速筛选出具有负泊松比效应的材料,并重点研究其中的半导体材料。本论文利用已有材料的泊松比值,通过机器学习构建了预测材料泊松比值的回归模...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1外力拉伸的具有(a)正泊松比；(b)负泊松比性能的简易模型

半导体材料的泊松效应及其机器学习研究2多胞结构的负泊松比材料同样有出色的表现，其疏松多孔的材料结构容易产生较大的变形，能够减缓震动，是吸收能量的理想材料。生物界种啄木鸟的头骨就是多胞元结构，保护啄木鸟的大脑在剧烈震动的时候不受伤害[10]。作为一种超材料，负泊松比材料的研究对于军....

图1-2(a)负泊松比刚性球面心立方结构[21]，(b)展示了二维黑磷y方向的褶皱结构和二维黑磷的俯视图

半导体材料的泊松效应及其机器学习研究3二维材料晶体被接连报道。2014年，Jin-WuJiang等通过第一性原理计算，从理论上预测二维黑磷材料存在负泊松比效应[23]，图1-2(b)展示了二维黑磷的俯视图及其y方向的褶皱结构。该理论于2016年由普渡大学的Yu-ChenDu等人通....

图1-3机器学习在材料科学中应用的一般流程

半导体材料的泊松效应及其机器学习研究5开发数据库(COD)[40]、基于理论模拟的开放量子材料数据库(OQMD)[41]及材料发现的自动流程等数据库，都为机器学习与材料科学研究的结合提供了基矗机器学习发展迅猛，已经被广泛应用于解决各种材料科学问题。样本建立，模型构建和模型评估是机....

图2-1为Kohn-Sham方程对定态多电子体系转化处理的物理模型图(a)多电子体系真实势场；(b)转

半导体材料的泊松效应及其机器学习研究11的大部分通过相同电子密度的无相互作用体系来计算；(2)非经典的交换和相关作用，动能校正项，自相互作用折入交换相关泛函中；(3)电子相互作用中库仑作用占据了主要部分，而交换相关是相对次要的。Kohn-Sham通过运用平均势场的方法，巧妙地解决....

本文编号：4020128